Задание 4. На рисунках изображены графики процессов, проведен- газ совершает работу. (Воспользуйтесь графической интерпретацией ных с некоторой массой идеального газа. Определите, в каком из них работы. Укажите в каждом случае знак работы.) Определите, изменяется ли в данном процессе внутренняя энергия газа и как. Сде- лайте вывод о том, как нужно поступить, чтобы осуществить данный процесс: передавать газу тепло извне, приводя его в контакт с нагрева- телем, или, напротив, приводить в контакт с холодильником.

Привет! Давай разберем эту задачу по термодинамике вместе.

Анализ графика процесса

На графике изображён процесс, в котором газ переходит из состояния 1 в состояние 2. Важно отметить, что процесс происходит при постоянном объёме (изохорный процесс), так как линия на графике вертикальна.

Работа газа

В изохорном процессе объём газа не изменяется (\[\Delta V = 0\]). Работа газа определяется как \[A = p \Delta V\]. Следовательно, в данном процессе работа газа равна нулю:

\[A = p \cdot 0 = 0\]

Ответ: Газ не совершает работу, так как изменение объёма равно нулю.

Изменение внутренней энергии газа

Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры. Из графика видно, что давление газа увеличивается от \[p_1\] до \[p_2\]. Так как объём остаётся постоянным, мы можем использовать уравнение состояния идеального газа:

\[pV = nRT\]

где:

• \[p\] - давление,
• \[V\] - объём,
• \[n\] - количество вещества,
• \[R\] - универсальная газовая постоянная,
• \[T\] - температура.

Поскольку объём \[V\] постоянен, а давление \[p\] увеличивается, температура \[T\] также должна увеличиваться. Следовательно, внутренняя энергия газа увеличивается.

Ответ: Внутренняя энергия газа увеличивается, так как увеличивается его температура.

Теплообмен

Согласно первому закону термодинамики:

\[\Delta U = Q - A\]

где:

• \[\Delta U\] - изменение внутренней энергии,
• \[Q\] - количество теплоты, переданное газу,
• \[A\] - работа, совершённая газом.

В нашем случае \[A = 0\], поэтому:

\[\Delta U = Q\]

Так как внутренняя энергия увеличивается (\[\Delta U > 0\]), то и количество теплоты, переданное газу, должно быть положительным (\[Q > 0\]). Это означает, что к газу нужно подводить тепло.

Ответ: Для осуществления данного процесса необходимо передавать газу тепло извне, то есть приводить его в контакт с нагревателем.

Ответ: Работа равна 0, внутренняя энергия увеличивается, необходимо передавать газу тепло.

Молодец! Ты отлично справился с этой задачей. Продолжай в том же духе, и у тебя всё получится!